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隨著科學技術和工業的發展，對材料提出了更高的要求，如更高的強度，抗高溫、高壓、低溫，耐腐蝕、磨損以及其它特殊物理、化學性能的要求，碳鋼已不能完全滿足要求。
碳鋼的在性能上主要有以下幾方面的不足：(1)淬透性低一般情況下，碳鋼水淬的淬透直徑只有10mm-20mm。(2)強度和屈強比較低如普通碳鋼Q235鋼的σs為235MPa，而低合金結構鋼16Mn的σs則為360MPa以上。40鋼的σs/σb僅為0.43，遠低于合金鋼。(3)回火穩定性差由于回火穩定性差，碳鋼在進行調質處理時，為了保證較高的強度需采用較低的回火溫度，這樣鋼的韌性就偏低；為了保證較好的韌性，采用高的回火溫度時強度又偏低，所以碳鋼的綜合機械性能水平不高。(4)不能滿足特殊性能的要求碳鋼在抗氧化、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損以及特殊電磁性等方面往往較差，不能滿足特殊使用性能的需求。
合金鋼的分類：按合金元素含量：1、低合金鋼（合金元素總量低于5%）、中合金鋼（合金元素總量為5%-10%）、高合金鋼（合金元素總量高于10%）。2、按合金元素成分：鉻鋼（Cr-Fe-C)、鉻鎳鋼（Cr-Ni-Fe-C)、錳鋼（Mn-Fe-C)、硅錳鋼（Si-Mn-Fe-C)。3、按小試樣正火或鑄態組織分：珠光體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼、萊氏體鋼。4、按用途分：合金結構鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼。
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在鋼中加入合金元素后，鋼的基本組元鐵和碳與加入的合金元素會發生交互作用。鋼的合金化目的是希望利用合金元素與鐵、碳的相互作用和對鐵碳相圖及對鋼的熱處理的影響來改善鋼的組織和性能。合金元素與鐵、碳的相互作用，合金元素加入鋼中后，主要以三種形式存在鋼中。即：與鐵形成固溶體；與碳形成碳化物；在高合金鋼中還可能形成金屬間化合物。
合金元素對相圖的影響：1.對奧氏體和鐵素體存在范圍的影響：擴大或縮小γ相區的元素均同樣擴大或縮小Fe-Fe3C相圖中的γ相區，且同樣Ni或Mn的含量較多時，可使鋼在室溫下得到單相奧氏體組織(如奧氏體不銹鋼和高錳鋼等)，而Cr、Ti、Si等超過一定含量時，可使鋼在室溫獲得單相鐵素體組織(如高鉻鐵素體不銹鋼等)。2.對Fe-Fe3C相圖臨界點(S和E點)的影響：擴大γ相區的元素使Fe-Fe3C相圖中的共析轉變溫度下降，縮小γ相區的元素則使其上升，并都使共析反應在一個溫度范圍內進行。幾乎所有的合金元素都使共析點(S)和共晶點(E)的碳含量降低，即S點和E點左移，強碳化物形成元素的作用尤為強烈。
12Cr1MoV鋼板此鋼與12CrMoV鋼相比，具有更高的抗氧化性及熱強性。此鋼的蠕變極限與持久強度值很接近，并在持久拉伸的情況下具有高的塑性；鋼的工藝性與焊接性良好，但焊前需預熱至300℃，焊后需除應力處理。是高壓、超高壓、亞臨界電站鍋爐過熱器、集箱和主蒸氣導管廣泛采用的鋼種。580℃時仍具有高的熱強性和抗氧化性能，有較高的持久塑性。生產工藝較簡單，焊接性能良好，但對正火冷卻速度較敏感。580℃長期使用會產生珠光體球化。
1Cr6Si2Mo屬馬氏體型耐熱鋼，在800℃有較好的抗氧化性。與1Cr5Mo鋼相比，含Si量多1.5%，使鋼的回火脆性傾向增大，零件在高溫下長時間工作時會產生脆性破斷。該鋼在含硫的氧化性氣氛中和熱石油介質中的抗腐蝕性能很好。經正火、回火熱處理后有較高的持久強度和蠕變強度。該鋼有空淬現象，熱加工后，如冷卻過快，會發生裂紋，應緩冷。可焊性差，可采用電焊，不宜氣焊，焊前須預熱到300℃～400℃，焊后進行750℃回火處理。工作溫度≤700℃的鍋爐吊架及省煤器管夾。耐熱鋼的耐高溫腐蝕性能耐熱鋼經常處于高溫復雜的腐蝕性環境中工作。耐高溫腐蝕是耐熱鋼的一項很重要的性能要求。高溫腐蝕是材料在高溫下與各類氣體環境發生的反應。主要的高溫氣體腐蝕形式有：高溫氧化、硫化、氮化、碳化等形態。另外還有高溫熔鹽服飾、高溫液態金屬腐蝕等。
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